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我国夏天的臭氧污染状况及治理

发表时间:2020-12-14   来源:http://www.binhuanyuan.com/news_article?news_id=59

 我国夏天的臭氧污染状况及治理

      基本上,我国除了南疆盆地,成都盆地,西藏高原等之外,大气质量明显地分为冬季和夏季两个季节波动的特点,又有春秋季亚特征。冬季往往以雾霾为特征,春天有较多沙尘,夏季则以臭氧为主了。

      对于大气污染中的雾霾、PM2.5、沙尘暴的PM10特征描述的比较多,对于臭氧介绍相对少。

      臭氧的危害甚大。其实洛杉矶光化学烟雾,特征污染物就是臭氧(当然还有过氧化物、有机衍生物醛酮酸等等)。可惜国内掉以轻心了,居然去年中央台“走近科学”有一期节目里专家说臭氧危害不大,死不了人。这样的节目这样的结论这样的“专家”简直是害人嘛。
     近地污染物臭氧(不同于高空中的臭氧层,降低太阳来的或宇宙直射的紫外线,是保护地球生命所必需的),一般不是直接产生排放(室内则是),是由大气中的氧气在强光照(尤其是高能的紫外)并有基体分子(挥发性有机化合物以及氮氧化物)作用下生成臭氧。于是,臭氧生产的速率便由VOCs及NOx浓度,光强度尤其是紫外线强度,反应温度(气温)做决定。这三个值越高,臭氧生成的速率便越大。当盛夏七八月间,恰好这三个值组合达高(生产生活强度大,则VOCs等排放亦高),于是臭氧浓度达到峰值,往往成为这个时候到头号污染物。
      高原氧浓度低,但光照强。然而VOCs等又较低。故青藏高原总的臭氧浓度不高。
      简单地说,夏天气温越高,光照越强(下雨天光照弱些大气中水蒸气浓度高较易吸收紫外光),湿度越低,工厂及机动车排放挥发性有机物/氮氧化物越多,臭氧便越高。东部地区往往在下午三点左右达到峰值,凌晨时分为低谷。
      臭氧的活性高,危害便大。对于呼吸系统,皮肤等直接接触的组织强烈损坏。所以中午确实不宜外出,除了天热中暑,紫外线损伤等之外,臭氧危害亦是大忌。
      对了,温度高时化学反应速率高,臭氧生产的速度自然就高。
      臭氧生成速度不低,但是活性也高,遇到还原性物质易反应,遇到一些活性表面也易分解。常温下其半衰期往往在半小时左右。这样积累的效果并不明显。也幸亏如此,大自然(或老天爷)的这个安排,使得我们人类能够在相对较低臭氧浓度下较健康地生活。但污染加剧,二次污染物臭氧浓度升高,便严重危及人类之生存环境。
      西方国家治理较早,臭氧浓度已经得到有效控制。即使是夏天吧,臭氧浓度一般也就10-30ppb,较少超过50ppb。但我国如今动不动就是200以上,甚至300。超过许多倍呢。实在不可掉以轻心。唉,前不久环境生态部还在表态说臭氧浓度高是局部的可控的——真的是胡说。相反地,我国臭氧超标是广泛的、严重的、现阶段近乎失控呢。岂可如此掉以轻心。
      这种结论,睁着眼睛是做不出来的。
      臭氧治理有直接和间接,有治标和治本,技术上还有点治理,局部治理,以及广域治理。
谈谈臭氧治理
      决定近地大气中臭氧生产的的速度主要因素有四:紫外线强度,气温,空气相对湿度,以及挥发性有机物浓度。其中前三个似乎相对地不受人的因素影响或者人的因素影响不很大,挥发性有机化合物浓度呢,主要是人的影响了。这里面,紫外线强度越高,气温越高,相对湿度越低,挥发性有机化合物浓度越高(还加上氮氧化物浓度)则臭氧生成速度越快。还好的就是臭氧(自)分解速度也快以及被别的还原性分子分解的速度也快。这里面的因素一般相互交织。就我的看法,作为治理手段,乃以降低大气臭氧生成速度为关键。
      生成速度减去分解速度就决定了臭氧存留存留浓度。夏天气温高紫外线强度大,生活生产中产生的挥发性有机化合物又多,故空气中臭氧浓度高。点面治理以提高臭氧分解速度为速效。大面积的大气污染治理,乃以降低臭氧生成速度为关键。
臭氧治理小谈
      臭氧较多地在平流层(stratosphere,对流层之上直至高度50km左右)里生成,由平流层的氧气在紫外线作用下转化为臭氧。
3O2——2O3
      由于对流层(troposphere,距地面高度12-16公里)上面有个平流顶(tropopause 在此处温度随高度增大而下降的趋势逆转成随高度上升而上升)阻碍着平流层和对流层气体交流,这样平流层的臭氧便难以下降到对流层。即使分子扩散也能有一定量的臭氧分子扩散进入到对流层的。
      平流层的臭氧浓度以1-10ppm计,扩散进入对流层后,浓度一般以0.1ppm数量级计。进入对流层后上下流动相对容易些,可以通过对流或扩散两种形式向地面而来。
      然而,臭氧易分解,变回为氧气,或者与其他分子反应而被还原。在流动时臭氧半衰期以半小时到十几小时计。这样,从平流层来的臭氧往往在达到地面前就因分解或其他反应而消失殆尽。
      近地面大气的臭氧主要由地面生成的。其浓度主要由地面反应生成与消耗的速度决定。因此臭氧的治理就在于制止其生成,这个比较容易着手控制些。至于加快消耗,不是那么好着手。不过呢,控制了臭氧之产生,自然就减少了臭氧。
      各个网上到处问:为什么其他污染物治理有成效了,臭氧却增加了。
      其实,大气污染治理是一个整体,割裂了的治理动作,比如某几年专门治理二氧化硫,然后专门治理氮氧化物,然后则如“按下葫芦起来瓢”。
      其实,二氧化硫是还原性的,臭氧是强氧化性的。二氧化硫浓度高一点,能够使得臭氧多消耗一些。如今的治理,二氧化硫的浓度大大降低了,臭氧的浓度自然就要出来不少。

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